自然科学公共选修课程材料科学与技术.docx
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自然科学公共选修课程材料科学与技术
自然科学公共选修课程——材料科学与技术
材料科学导论………………………………………………………………………………………………349
模具技术导论………………………………………………………………………………………………355
工程材料简介………………………………………………………………………………………………357
现代数字化成形导论………………………………………………………………………………………359
装饰装修材料的选择和应用………………………………………………………………………………361
《材料科学导论》课程教学大纲
一、课程名称
材料科学导论AnIntroductiontoMaterialsScience
二、课程编码1406511
三、学时和学分32/2
四、先修课程
无
五、课程教学目标
帮助学生获得必要的材料科学的基本知识，了解材料学科发展及其应用，掌握材料科学中的基本规律及一般研究方法。
六、适用学科专业
全校各专业
七、基本教学内容与学时安排
第一章什么是材料科学
第一节什么是材料科学
第二节材料科学与工程
第二章原子结构及原子间的结合键
第一节原子的结构
第二节原子序数及原子质量
一、原子序数
二、原子质量
第三节原子的电子结构
一、氢原子的结构
二、原子核外电子的量子数
三、多电子原子的电子结构
第四节原子及分子键的类型
一、离子键
二、共价键
三、金属键
四、弱键
五、混合键
第三章晶体结构
第一节晶体学基础
一、空间点阵及晶胞
二、晶系与Bravais点阵
三、晶面指数和晶向指数
第二节主要金属的晶体结构
一、体心立方晶体结构
二、面心立方晶体结构
三、密排六方晶体结构
四、FCC、BCC以及HCP晶体结构的比较
五、体密度、面密度、线密度
六、同素异构
第四章凝固、晶体缺陷、固体中的原子扩散
第一节金属的凝固
一、纯金属中的形核
二、形核率与过冷度的关系
第二节晶体的生长
一、纯金属中晶体的生长及晶粒形状
二、单晶的凝固
三、金属固溶体
第三节晶体中缺陷
一、点缺陷
二、线缺陷
三、晶面（面缺陷）
第四节固体中原子的扩散
一、扩散机制
二、稳态扩散
三、非稳态扩散
四、扩散过程在工业中的应用
五、温度对固体中扩散的影响
第五章相图
第一节纯物质的相图
第二节Gibbs相律
第三节二元合金匀晶相图及其建立
第四节杠杆定律
第五节合金的凝固过程
一、合金的平衡凝固
二、合金的非平衡凝固
第六节二元共晶合金相图
第七节二元包晶合金相图
第八节二元偏晶合金相图
第九节合金相图中常见的三相反应
第一十节含有中间相和化合物的相图
一、含有中间相的相图
二、中间化合物
第一十一节三元相图
一、三元相图中浓度的表示方法
二、杠杆定律
三、三元系中的截面及三元合金凝固投影图
第六章材料的力学性能
第一节金属中应力与应变
一、弹性及塑性变形
二、工程应力及工程应变
三、剪切应力与应变
第二节拉伸试验及工程应力应变图
一、应力应变图与力学性能
二、真应力应变曲线
第三节金属单晶的塑性变形
一、金属晶体表面的滑移线与滑移带
二、金属晶体中的滑移机制
三、滑移系
四、金属单晶体的临界分切应力
五、孪生
第四节多晶体的塑性变形
一、晶界对金属强度的影响
二、塑性变形对金属强度的影响
三、金属的固溶强化
四、塑性变形金属的回复与再结晶
第五节金属的断裂
一、塑性断裂
二、脆性断裂
三、韧性及冲击韧性
四、金属的疲劳断裂
第六节金属的蠕变
第七章材料的电学性能
第一节金属中的导电
一、金属中导电性的经典模型
二、导电的能带模型
第二节本征半导体
一、半导体的导电机制
二、纯硅晶格中电荷的输运
三、本征半导体的能带图
四、本征半导体中的定量关系
五、温度对半导体的影响
第三节非本征半导体
一、n-型半导体（负极型）
二、p-型（正电荷型）非本征半导体
三、非本征半导体材料的掺杂
四、掺杂对非本征半导体载流子的影响
第四节半导体器件
一、PN节
二、PN节的应用
第八章铁碳相图和铁碳合金的显微组织
第一节铁碳相图
一、铁-碳相图
二、铁-碳合金中的平衡组织
三、铸铁缓冷时的固态转变与室温组织
第二节马氏体相变
一、马氏体
二、铁-碳合金中马氏体的形态
三、马氏体的晶体结构
四、铁-碳合金马氏体的硬度与强度
第三节奥氏体等温转变
第四节共析钢连续冷却的组织转变
第五节马氏体在加热过程中的组织转变
一、回火过程中马氏体组织的变化
二、回火过程中碳钢性能的变化
第九章陶瓷材料
第一节陶瓷材料的晶体结构
一、陶瓷中化合物的离子键及共价键
二、离子晶体中原子的堆垛方式
三、CsCl的晶体结构
四、NaCl的晶体结构
五、FCC及HCP晶体结构中的间隙位置
六、ZnS型晶体结构
七、CaF2型晶体结构
八、反荧石型晶体结构
九、刚玉（Al2O3）型晶体结构
一十、钙钛矿结构
一十一、尖晶石型结构
一十二、石墨
第二节硅酸盐的结构
一、硅酸盐的基本结构
二、岛状、链状及环状结构
第三节传统陶瓷及工程陶瓷
一、烧结
二、玻璃相
第四节传统陶瓷及工程陶瓷
一、传统陶瓷
二、工程陶瓷
第五节陶瓷的力学性能
一、陶瓷材料的变形机制
二、影响陶瓷材料强度的因素
三、陶瓷材料的韧性
第六节陶瓷材料的热性质
第一十章高分子材料
第一节金属中应力与应变
一、弹性及塑性变形
二、工程应力及工程应变
三、剪切应力与应变
第七节拉伸试验及工程应力应变图
一、应力应变图与力学性能
二、真应力应变曲线
第八节金属单晶的塑性变形
一、金属晶体表面的滑移线与滑移带
二、金属晶体中的滑移机制
三、滑移系
四、金属单晶体的临界分切应力
五、孪生
第九节多晶体的塑性变形
一、晶界对金属强度的影响
二、塑性变形对金属强度的影响
三、金属的固溶强化
四、塑性变形金属的回复与再结晶
第一十节金属的断裂
一、塑性断裂
二、脆性断裂
三、韧性及冲击韧性
四、金属的疲劳断裂
第一十一节金属的蠕变
第十一章材料的磁性及磁性材料
第一节光与电磁波
一、磁性的基本概念
二、磁性的类型
三、温度对磁性的影响
四、铁磁畴结构
五、铁磁材料的磁化与退磁
第二节磁性材料
一、软磁材料
二、永磁材料
三、稀土磁性合金
四、Nd-Fe-B合金
五、Fe-Cr-Co磁性合金
第十二章材料的光学性质及超导
第一节光与电磁波
第二节光的折射
一、折射指数
二、光折射的Snell定律
三、光的吸收、传播和反射
四、发光
五、激光
第三节光的吸收、传播和反射
第四节材料的发光与激光的产生
学时分配（32学时）
章节
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
学时
2
4
4
4
4
4
4
2
2
2
其中：
实验课：
4学时
八、教材及参考书（略）
九、考核方式
开卷或口试
《模具技术导论》课程教学大纲
一、课程名称
模具技术导论Anintroductionondie&moldtechnology
二、课程编号1402891
三、学时与学分32/2
四、先修课程
无
五、课程教学目标
本课程的主要内容是介绍模具技术的发展动态；模具基础知识，注塑模具及冲压模具设计，模具制造，模具生产和管理，模具开发一般知识。
为今后从事产品开发，模具设计和制造工作打下良好基础。
六、适用学科专业
工科学生
七、基本教学内容与学时安排
第1讲模具基础知识及概况（3学时）
1．模具基础知识
2．模具技术发展现状
第2讲塑料及塑料成型工艺简介（3学时）
1．塑料基础知识
2．注塑工艺过程与工艺参数分析
3．塑料制品设计
第3讲注射模结构设计（3学时）
1．典型注塑模结构
2．注塑模结构设计
第4讲注射模实例与计算机应用（3学时）
1．注塑模设计过程与实例
2．注塑模CAD/CAE/CAM简介
第5讲冲压工艺简介（3学时）
1．冲裁
2．弯曲
3．拉深
4．成形
第6讲冲压模典型结构（3学时）
1．冲压模典型结构
2．冲压模结构设计
第7讲冲压模设计实例（3学时）
1．冲压模设计过程
2．冲压模设计实例
第8讲模具制造工艺（3学时）
1．模具制造工艺
2．现代模具加工技术
第9讲典型模具制造过程（3学时）
1．模具制造过程
2．模具制造实例
第10讲模具开发与管理（3学时）
1．模具价值工程
2．模具生产管理
八、教材及参考书（略）
九、考核方式
考试
《工程材料简介》课程教学大钢
一、课程名称
工程材料简介BriefIntroductionofEngineeringMaterial
二、课程编码1406521
三、学时与学分24/1.5
四、先修课程
无
五、课程教学目标
（一）向学生简单介绍现代工业和日常人们生活中所使用的金属材料、聚合物材料（塑料、橡胶）、陶瓷材料、复合材料的种类,性能以及工程应用范围和使用特点，同时介绍其它新型材料，包括功能材料、纳米材料等的基本知识和概念。
（二）在此基础上，使学生了解我们生活中所碰到的基本材料的特性和使用性能，了解在我们生活中材料是如何为人类生产和生活服务的。
六、适用学科专业
全校各专业
七、基本教学内容与学时安排
绪论（3学时）
材料的发展与分类
工程材料的含义
第一章材料的组成、结构与性能（3学时）
材料的组成组元的结合形式材料的化学组成
材料的结构化学键结合晶体结构
材料的性能金属无机非金属聚合物
第二章金属材料
（一）黑色金属（3学时）
1．铁和碳钢铸铁碳钢
2．合金钢基本知识结构钢轴承钢工具钢特殊性能钢
（二）有色金属（3学时）
1．轻金属和重金属
2．贵金属和稀有金属
第三章高分子材料（3学时）
（一）高分子材料基本知识
（二）高分子材料的结构和三态
（三）工程高分子材料（塑料、橡胶、纤维）及应用
第四章陶瓷材料（3学时）
（一）陶瓷材料的基本知识
（二）陶瓷材料的性能和分类
（三）新型陶瓷的应用
第五章复合材料（3学时）
（一）复合材料的基本知识
（二）复合材料的特性和分类
（三）复合材料的应用
第六章功能材料及纳米材料（3学时）
（一）电功能材料
（二）磁功能材料
（三）形状记忆合金和储氢合金
（四）光功能材料
（五）纳米材料
八、教材及参考书
自编教材
材料概论，周达飞，化学工业出版社，2001年
工程材料及应用（第二版），周凤云，华中科技大学，2003年
九、考核方式
开卷
《现代数字化成形导论》课程教学大纲
一、课程名称
现代数字化成形导论IntroductiontoDigitizingFormingofMaterials
二、课程编码1406531
三、学时与学分32/2
四、先修课程
无
五、课程教学目标
现代数字化成形技术是将原形的几何形状、所选材料的构造和有关的组合信息建立数字化模形，将这些信息传输到计算机控制的机电集成制造系统进行材料的逐层叠加成形或逐层渐进成形加工过程，有效地制造复杂形状和结构的实体，特别适用于新产品的快速开发。
华中科技大学对这项技术进行了十年的研究开发，取得了许多研究成果并成功地应用于科研、教学和企业的新产品开发中。
近年来，该技术迅速在工业造形、制造、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古和影视等领域得到良好应用。
现代数字化成形技术属于《先进制造技术》中的一个方向，是机械工程、自动控制、激光、计算机和材料等多个学科交叉的一门综合学科，是由于现代设计和现代制造技术迅速发展的需求应运而生的。
随着现代数字化成形技术的发展又会带动上述相关学科的发展，为了推动现代数字化成形技术进一步的研究和应用，为我国制造业培养掌握先进制造技术知识的开拓性人才，本课程给本科生全面、系统地讲授现代数字化成形技术及其最新发展。
使毕业生走向社会后能够运用快速原形制造技术的知识，为企业快速开发新产品，提高企业国际竞争力作出贡献。
六、适用学科专业
全校各专业
七、基本教学内容与学时安排
（一）现代数字化成形技术应用及发展概述（4学时）
现代数字化成形技术的发展史；
应用领域；
最新发展。
（二）数字化成形过程（３学时）
数字化成形过程；
建模→数据处理→ＲＰＭ；
选择成形方法；
后处理。
（三）薄材叠层成形技术（LOM）（３学时）
HRP系列纸叠层成形系统；
原理及应用
（四）光固化成形技术（SLA）（3学时）
紫外光光固化成形原理；
系统及其应用。
（五）熔丝沉积成形（FDM）（３学时）
ABS材料融丝沉积成形原理；
系统组成及其应用。
（六）选择性激光烧结（ＳＬＳ）（３学时）
粉末激光选择性烧结成形系统；
原理及其应用。
（七）金属板料数字化成形（３学时）
金属板料数字化成形方法原理；
工艺过程及其应用。
（八）快速制模（３学时）
硅橡胶软模的快速制造方法及其应用；
其它的快速制模方法
（九）反求工程（３学时）
数字化建模方法；
三维测量；
反求原理
（十）其它数字化成形方法和最新研究动态（4学时）
简述国内外成形方法及其最新的研究动态
八、教材及参考书
快速成形技术，自编讲义
快速原形制造技术，王秀峰、罗宏杰编著，中国轻工业出版社，2001年
快速成形技术，王运赣编著，华中理工大学出版社，1999年
九、考核方式
书面考试+讨论、作业
《装饰装修材料的选择和应用》课程教学大纲
一、课程名称
装饰装修材料的选择和应用DecorativeandFitmentMaterials
二、课程编码1406771
三、学时与学分24/1.5
四、先修课程
无
五、课程教学目标
《装饰装修材料的选择和应用》课程为全校本科生开设的一门技术基础课。
学生学习本课程，不仅能运用已有的物理、化学、力学知识分析材料问题，而且掌握建筑装饰材料的选择、识别和应用基本知识。
通过本课程的学习，应使学生掌握建筑装饰中常用材料的技术性质、品种规格、适用范围、检验方法及储运知识。
通过本课程的学习，使学生能够在装饰设计中合理的选择材料、在施工中正确的使用材料。
六、适用学科专业
全校各专业
七、基本教学内容与学时安排
（一）绪论（3学时）
建筑装饰材料的基本物理性质：
密度、体积密度、孔隙率；材料与水有关的性质；材料的热物理性质；材料的力学性质；材料的耐久性；建筑装饰材料的装饰性质和选用原则。
（二）天然装饰石材（1学时）
岩石的基本知识：
岩石的形成与分类；造岩矿物；岩石的结构与性质；岩石的风化。
常用建筑装饰石材：
花岗石；大理石；园林造园用石；天然装饰石材的选用原则。
（三）石膏装饰材料（2学时）
石膏：
建筑石膏；模型石膏；高强石膏；粉刷石膏。
石膏装饰制品：
普通纸面石膏板；耐水纸面石膏板；耐火纸面石膏扳；装饰石膏板；嵌装式装饰石膏板；印刷石膏板；吸声用穿孔石膏板；特种耐火石膏板装饰；石膏线角、花饰、造型。
（四）建筑装饰陶瓷（2学时）
建筑陶瓷的基本知识：
陶瓷的分类；陶瓷的表面装饰。
常用建筑装饰陶瓷：
釉面内墙砖；陶瓷场地砖；陶瓷锦砖；陶瓷壁画与其它艺术陶瓷制品。
介绍建筑琉璃制品。
（五）建筑装饰玻璃及制品（3学时）
玻璃的基本知识：
玻璃的生产；玻璃的分类；玻璃的表面加工；玻璃的基本性质；玻璃体的缺陷。
普通窗用玻璃：
普通平板玻璃；浮法玻璃。
建筑装饰玻璃及制品：
磨光玻璃；彩色玻璃磨砂玻璃；压花玻璃；钢化玻璃；夹丝玻璃；吸热玻璃；夹层玻璃；热反射玻璃；减反射玻璃；单向透视玻璃；中空玻璃；光栅玻璃（镭射玻璃）；冰花玻璃；空心玻璃砖；异形玻璃；防火玻璃；釉面玻璃；玻璃马赛克；微晶玻璃装饰板。
（六）建筑筑装饰塑料（3学时）
高分子材料的基本知识：
合成树脂的分类与特性；常用合成树脂。
塑料的组成与特性：
塑料的组成；塑料的特性。
建筑装饰塑料制品；墙面装饰塑料；屋面与顶棚装饰塑料；塑料门窗；地面装饰塑料；塑料艺术制品；合成革。
（七）纤维装饰织物与制品（2学时）
纤维：
天然纤维；化学纤维；玻璃纤维；纤维的鉴别方法。
地毯：
地毯的分类与特性；地毯的主要技术性质；纯毛地毯（羊毛地毯）；化纤地毯；挂毯。
墙面装饰织物：
织物壁纸；玻璃纤维印花贴墙布；无纺贴墙布；化纤装饰墙布；棉纺装饰墙布；高级墙面装饰织物；窗帘。
矿物棉装饰吸声板：
矿渣棉装饰吸声板；岩棉装饰吸声板。
吸声用玻璃棉制品：
吸声用玻璃棉扳；吸声用玻璃棉毡。
（八）建筑装饰涂料（2学时）
建筑装饰涂料的组成：
基料；颜料与填料；溶剂；助剂。
建筑装饰涂料的分类：
涂料的分类；建筑涂料的分类。
内墙装饰涂料：
聚乙烯醇系内墙涂料；聚醋酸乙烯乳液涂料；醋酸乙烯—丙烯酸酯有光乳液涂料；多彩内墙涂料；幻彩涂料；纤维状涂料；伤瓷涂料；绒面涂料；静电植绒涂料。
外墙装饰涂料：
苯乙烯—丙烯酸酯乳液涂料；丙烯酸系外墙涂料；聚氨酯系外墙涂料；合成树指乳液砂壁状建筑涂料；复层建筑涂料；外墙无机建筑涂料。
地面装饰：
涂料聚氨酯地面涂料；环氧树脂地面涂料。
油漆涂料：
常用油漆涂料；特种油漆涂料。
特种建筑装饰涂料：
防火涂料；防水涂料；防霉涂料；防雾涂料。
（九）木材装饰制品（2学时）
木材的构造及性质：
木材的构造木材的基本性质。
木材的装饰特性与装饰效果：
木材的装饰特性；木材的装饰效果。
木材装饰制品；木地板；胶合板；旋切微薄木；纤维板；刨花板；浸渍胶膜纸饰面人造板；美铝曲面装饰板；涂饰人造板；塑料薄膜贴面装饰扳；仿人造革饰面板；木花格；木装饰线条；软木制品；竹材装饰材料。
木材的防火。
（十）金属装饰材料（2学时）
建筑装饰用钢材及其制品：
建筑装饰用不锈钢及制品；彩色涂层钢板及钢带；建筑用压型钢板；塑料复合扳；彩色涂层钢板门窗；建筑用轻钢龙骨及配件。
建筑用铝和铝合：
铝及铝合金的特点；铝合金的分类及牌号；变形铝合金的性质；铝合金的表面处；铝及铝合金的应用。
建筑装饰铝及铝合金：
铝合金门窗；渗铝空腹钢窗；感应式、中分式微波自动门；铝合金百页窗（帘）；铝合金装饰板；铝合金龙骨；铝合金花格网；铝箔；铝粉。
（十一）装饰砂浆、装饰混凝土及人造装饰石材（1学时）
装饰砂浆、装饰混凝土及人造装饰石材的主要组成：
水泥；合成树脂；集料；颜料。
装饰砂浆：
彩色灰浆；水磨石；斩假石；水刷石；干粘石；拉假石；拉毛灰；甩毛灰；扫毛灰；拉条灰；假面砖；喷涂；滚涂；弹涂；镶嵌花饰制品。
装饰混凝土：
彩色混凝土；露石混凝土；普通混凝土表面塑形装饰；水泥花砖；混凝土路面砖；彩色混凝土联锁块；仿毛石边砌块。
膨胀珍珠岩装饰吸声板：
品种、规格与技术要求；性质与应用。
（十二）建筑装饰辅助材料（1学时）
胶粘剂：
联接的基本概念；胶粘剂的基本组成材料；常用胶粘剂；装饰工程用胶粘剂的技术要求。
建筑密封材料。
装饰板材修补材料与装饰工程用腻子：
石材常用修补材料；涂料工程常用腻子及润粉；刷浆工程常用腻子。
八、教材及参考书
建筑装饰材料，哈尔滨建筑大学、西安建筑科技大学、天津大学等合编，中国建筑工业出版社，1998年1月
新型建筑材料实用手册，中国新型建筑材料公司
世界建筑材料，方汉中，《新型建筑材料》杂志
九、考核方式
小论文＋作业
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